科学家在人类起源,黑猩猩的面部的差异

面对一只黑猩猩是明显不同于人类,尽管最近的猿是我们相对在灵长类动物树。现在斯坦福大学医学院的研究人员已开始确定这些结构上的差异可能出现在两个物种几乎相同的遗传背景。

关键在于如何在面部基因多样性发展和人类面部监管——多少、何时何地表达的基因,而不是基因本身之间的异同。特别是,研究人员发现,黑猩猩和人类表达不同程度的蛋白质控制面部发展,包括一些参与下巴和鼻子长度和皮肤色素沉着。

“我们正在试图理解监管在最近发生的变化在我们的DNA进化和使我们不同于类人猿,”乔安娜Wysocka说,博士,副教授的发育生物学和化学和系统生物学。”特别是,我们感兴趣的颅面结构,已经历了许多改编的头部形状,眼睛位置和面部结构,允许我们的房子更大的大脑,直立行走,甚至用我们喉为复杂的演讲。”

人类学研究者创造了这个词“细胞”来解释灵长类动物早期发育的一些步骤可以在培养皿中模仿,因此用于研究基因表达的变化,可以揭示我们最近的进化历程。

描述这项研究发表的一项研究研究生莎拉普雷斯科特的作者是谁。Wysocka和高级研究科学家托马斯Swigut博士分享研究的高级作者。

增强剂的作用区域

的比较,研究人员关注区域的DNA被称为增强剂在人类和黑猩猩的基因组区域。这些区域包含化学标记DNA和蛋白质绑定到控制时,在哪里以及如何附近的基因表达。普雷斯科特和她的同事们想知道不同蛋白质绑定到这些增强区域在开发过程中可以解释人类和黑猩猩之间的形态差异。

“我们想看看这些增强区域的活动可能会改变在最近的进化,“Wysocka说。“许多最近的研究表明,DNA序列的变化增强剂可能调解形态不同物种之间的差异。

进行研究,然而,普雷斯科特和她的同事们必须获得一个特殊类型的细胞目前只在早期灵长类动物的发展。的细胞,称为颅神经嵴细胞,起源于人类怀孕后大约5到6周内。尽管他们首先出现在最终变成了脊髓,然后神经嵴细胞随时间迁移影响面部形态和分化为骨、软骨和结缔组织的头,脸。

普雷斯科特说,“这些细胞是独一无二的。“如果我们想了解是什么让人类和黑猩猩的面孔不同,我们必须看细胞类型的来源——这些早期的模式决策负责。如果我们要看以后的发展或在成人组织时,我们会看到不同的物种,但他们会告诉我们如何创建这些差异在胚胎发生。但是访问早期细胞神经嵴细胞非常困难,特别是当研究灵长类动物。”

为了获得这种难以捉摸的细胞类型,研究人员使用诱导多能干细胞,或“诱导多能性”细胞,由黑猩猩。“诱导多能性”细胞,它是由容易获得皮肤或血液样本,可以诱导成为其他组织。虽然从人类iPS细胞已经被充分研究过的,他们最近才由弗雷德规的黑猩猩在实验室,博士的遗传学教授索尔克生物研究所,该研究的作者之一。

普雷斯科特和她的同事们哄人类和黑猩猩“诱导多能性”细胞成为颅神经嵴细胞增长他们一组特定的条件下在实验室。然后检查增强剂在整个基因组区域,寻找那些不仅仅是活跃的,因此可能参与颅面发育,而且那些模式或程度的活动似乎人类和黑猩猩之间的不同细胞。

“当然,人类和黑猩猩非常密切相关,“Wysocka说。“大多数监管两个物种之间的元素是相同的。但是我们确实发现了一些差异。特别是,我们发现约1000剂的区域称为species-biased,这意味着他们更活跃在一个物种。有趣的是,许多基因species-biased增强剂和表达之前已被证明是重要的颅面开发或与正常intrahuman面部变化。”

鼻子长度、形状和色素沉着

特别是,研究人员发现两种基因,PAX3和PAX7,会影响鼻子的长度和形状在实验室老鼠,以及皮肤色素沉着,表示在黑猩猩比人类更高层次。人类少于正常数量的PAX3叫做华尔登布尔氏综合症的一个条件,包括颅面、听觉和色素的缺陷。人类全基因组关联研究已经确定了PAX3作为地区参与正常的面部变化。

相比之下,另一个基因被认为与确定的形状喙雀和鱼叫做丽鱼科鱼的下颚是表达了对人类比黑猩猩的上级。在老鼠中,这种基因的过度表达,BMP4,颅神经嵴细胞导致显著改变脸型,包括舍入的头骨和眼睛附近更前面的脸。

“我们现在跟进一些更有趣的species-biased增强剂,以更好地了解它们如何影响形态差异,“Wysocka说。”,我们越来越明白,这些细胞通路可以使用在许多方面影响面部的形状。”